2021年3月23日-24日，由蓋世汽車主辦的“2021年中國車身大會(huì)”隆重召開。本次大會(huì)重點(diǎn)圍繞整車輕量化、汽車安全法規(guī)、車身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、車身先進(jìn)材料、仿真技術(shù)、模塊化架構(gòu)車身等行業(yè)焦點(diǎn)話題展開探討，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展出謀劃策。會(huì)議期間，敏實(shí)集團(tuán)工藝高級工程師 梁軍強(qiáng)發(fā)表了“多厚度組合鋁合金焊接研究”的主題演講。

敏實(shí)集團(tuán)工藝高級工程師 梁軍強(qiáng)

以下為演講實(shí)錄：

大家好！我們是做鋁合金聯(lián)接工藝研究的，在工藝研究里面有焊接工藝、冷連接工藝和涂膠工藝，另外對新工藝也進(jìn)行了前瞻性理論研究。

接下來講一下今天的主題，今天主要是講鋁合金MIG焊接，前期我們跟供應(yīng)商和合作伙伴也做了很多的討論，包括我們在做研究的時(shí)候經(jīng)常也會(huì)有一些碰撞，今天就把一些好的想法分享給大家。

今天主要講七個(gè)工法的問題。首先回顧一下，在電池盒里面焊接到底有多難。其實(shí)鋁合金電池盒焊接非常難，其難點(diǎn)在于用型材去做，而且型材厚度斷面都不一樣，每個(gè)地方厚度都有很多組合，有薄板和厚板，有薄板+薄板，還有底板和橫梁，水冷板跟橫梁的厚度差異其實(shí)也非常大。當(dāng)厚度差異很大的時(shí)候，焊接上非常難控制熱輸入。然后是電池盒產(chǎn)品大、焊道多、焊道長，還要求焊道要小，基于這樣的工藝原因我們提出來研發(fā)鋁合金工法，怎么很好地去解決這個(gè)問題，我們做了焊接前端的研究。

為了做這個(gè)部分，我們跟很多供應(yīng)商建立了良好的互動(dòng)和合作，我們跟唐山松下建立了聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室。各位聽起來可能有點(diǎn)懵，鋁合金焊接我們用直流焊，但是我們研究有的是研究交流焊接方法，還有工法上有P-MIX焊接方法，直流脈沖往復(fù)擺動(dòng)工法，還有焊接熱輸入精準(zhǔn)控制、焊縫自適應(yīng)技術(shù)。我們針對電池盒焊接也開發(fā)了一個(gè)焊接軟件包來適應(yīng)不同的焊接要求，針對5系鋁合金和6系鋁合金做了大量的研究，最后我們做了一個(gè)軟件包。我們對應(yīng)的工藝范圍蠻廣的，從0.6毫米的厚度做到10毫米，各式各樣的組合都可以呈現(xiàn)完美的解決方案，這是我們的聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室做出來的一個(gè)成就。

1、焊接規(guī)范同步擺動(dòng)技術(shù)。我們會(huì)碰到薄板和厚板焊接，后來我們發(fā)明了同步擺動(dòng)，通過大電流小電流不同切換，我們兼顧了不同的方法，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)板都不會(huì)出現(xiàn)大的質(zhì)量問題。

厚板我們加200安，薄板加100安，就是這個(gè)焊道以前怎么焊都要破，焊道不好控制，今天用這種方案去做就解決了不同薄厚組合，而且它的咬邊和焊破會(huì)變得比較少，這是我們這個(gè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，這塊技術(shù)我們需要跟機(jī)器人同步去做運(yùn)動(dòng)。機(jī)器人做圓弧擺動(dòng)的時(shí)候，焊機(jī)根據(jù)位置發(fā)焊接指令，這樣達(dá)到動(dòng)作和指令有比較好的匹配。

2、SAWP低熱輸入技術(shù)。大家知道鋁合金焊接既要保證熔深又要有小的變形，我們要求技術(shù)焊接中保證熔深，也有熱量大輸入，也有小輸入。這里面我們跟供應(yīng)商和實(shí)驗(yàn)室提出這么一個(gè)要求，就是說在厚板的時(shí)候能不能用大的脈沖把熔絲打開，產(chǎn)生熔池，焊接后讓焊道有一個(gè)很好的休息，讓焊縫穩(wěn)定起來，熔池凝固。因此根據(jù)這個(gè)理論，我們開發(fā)出新的工藝，叫做SAWP工藝，前面是用短路焊接，接下來是雙脈沖：AB電流，通過這樣的焊接工法帶來好處是熱輸入更加精準(zhǔn)，在焊接中破似破非破時(shí)候，給它一個(gè)冷卻的過程，讓它焊道瞬間得到支撐，這個(gè)薄板的地方焊接成功率會(huì)比較高。因?yàn)闊彷斎牒艽蟮臅r(shí)候，也保證了高速焊接和熔深，就是焊接速度并沒有降下來，熱輸入解決了起到了臺(tái)階式輸入控制的問題。圖上可以看到它的熔深變得比較好。

3、P-Stitch魚鱗紋焊接技術(shù)。我們發(fā)現(xiàn)該工法焊接中會(huì)出現(xiàn)沒有熔深，焊道沒有強(qiáng)度，但是電池包要求整個(gè)焊道有熔深的，基于這個(gè)要求，我們把原來魚鱗紋焊接方法摒棄掉了，選擇了新的工藝焊接脈沖，加大熱輸入。這里展示的魚鱗紋工法，可以應(yīng)用4毫米板厚的焊接。一個(gè)焊接脈沖后焊完以后會(huì)?；。俸附釉倮鋮s，這樣的好處是瞬間大電流沖開熔池，但又使熔池瞬間冷卻。我們研究的部分會(huì)有跟別人不一樣的地方，就是我們用魚鱗紋焊接的工法可以焊3毫米以下板厚實(shí)現(xiàn)有熔深，這在以往是做不到的。該工法帶來的作用也很明顯，魚鱗紋焊接的時(shí)候焊道氣孔非常少，因?yàn)楦X合金焊接過程中溫度很低，里面的氫氣孔很難溶化在里面，所以它的適用性會(huì)變得更加廣泛。還有一個(gè)作用，它的焊接黑灰很少，因?yàn)楹附与娏鞣浅４蟆；谶@兩個(gè)部分它在電池盒的應(yīng)用價(jià)值就上來了，不像以前焊自行車的時(shí)候感覺很雞肋，外觀很好，但又沒熔深，我們把該工法做到了極限控制熱輸入。

4、P-MIX焊接技術(shù)。它的方案基于前面的方案有兩個(gè)不同的地方，前面講魚鱗紋焊接是焊道有一個(gè)休息過程，這里工法不讓它休息，就是短路脈沖。我們跟以往工法不一樣的地方是，我們焊接脈沖的寬度會(huì)很窄，脈沖的電壓很高，可以瞬間打進(jìn)板材的時(shí)候，得到很大熔深。就是電弧挺度非常高，通過攪拌熔池讓熔深變得很穩(wěn)定。還有一個(gè)不同的地方，以前普通的焊道是歪歪扭扭的，但是我們用P-MIX做的焊道是平的，而且有些材料中間是有筋的，鋁合金碰到筋部會(huì)收縮，碰到薄板的的地方會(huì)焊塌了，為了應(yīng)對這樣一個(gè)問題，我們提出P-MIX解決方案。它的優(yōu)點(diǎn)是外觀會(huì)很好看，而且電弧控制力會(huì)好一些。當(dāng)然這個(gè)工藝應(yīng)用會(huì)比較廣，更多是用在鑄件焊接上，其實(shí)鑄件焊接非常難的部分是鑄件焊接的時(shí)候鑄件很容易熔化，所以這里要求控制它的精準(zhǔn)度，這里用的脈沖是按照個(gè)數(shù)來計(jì)算的，可以給它1個(gè)到20個(gè)部不等的脈沖，控制熱輸入的精準(zhǔn)度，這個(gè)焊接過程溫度控制會(huì)比較合理。

具體看一下，脈沖部分波形會(huì)比較細(xì)，而且比較高，筋條的部分瞬間就打到熔池部分，短路部分反倒是填充鋁合金，提升焊接熔復(fù)效率問題。在焊接過程當(dāng)中，焊接標(biāo)準(zhǔn)里面經(jīng)常會(huì)寫，如果有筋的部分你不要去切，因?yàn)樗鼪]有熔深，在這里也可以切，而且可以保證焊接有熔深。

5、厚板高速焊接無飛濺技術(shù)。我們把手工焊的方法移植到鋁合金焊接，做厚板焊接的時(shí)候，經(jīng)常有很多會(huì)有焊接飛濺，厚板焊接過程，速度很慢，效率很低，焊道寬度很大，很多氣孔，焊接后會(huì)造成開裂。我們碰到厚板的時(shí)候會(huì)用擺動(dòng)的方案去做，讓魚鱗紋一屢一屢的展現(xiàn)出來，而且外觀飛濺氣孔相對較小。因?yàn)槿鄢匦×?，熔池?cái)嚢栊Ч赡軟]那么大了，但是整個(gè)氫氣沉在里面的可能性也變小了。所以我們著重是做飛濺沒有的焊接方案，這是跟機(jī)器人相互融合的部分。雖然取名是無飛濺焊接，實(shí)際上就是直流焊接加機(jī)器人擺動(dòng)的方案。

還有高速的往復(fù)擺動(dòng)，我們做鋁合金的時(shí)候發(fā)現(xiàn)10毫米，最大的電流打進(jìn)去也沒有熔深，那怎么辦？同一個(gè)焊道里面前后反復(fù)去焊。氣孔少，第一個(gè)條件就是焊接速度要快，趁零件不知道就焊好了。第二是焊道充分的攪拌，把氣孔攪出來。所以我們通過不同攪拌方式讓鋁合金氣孔減少。我們直接走高速焊接和反復(fù)攪拌的研究方向。有別于其他的焊接工藝。

6、AC交流脈沖工法。我們用交流焊接方法去焊鋁材，因?yàn)槲覀兒镐X合金都是直流焊，你今天突然跑出來說用交流焊接，沒人能相信。當(dāng)然它有好處，只是應(yīng)用范圍很窄，但是焊接效果很明顯。我們這樣的技術(shù)來源于大概五年前，我們做鋁合金焊接的時(shí)候就是用交流焊。在直流脈沖反面有小的脈沖是做交流的，它的好處是什么呢？交流的時(shí)候正極正接的時(shí)候焊接的能量是最大的，通過控制最大能量輸入讓熔池瞬間破開。我們鋁合金經(jīng)常碰到熔深問題就是焊道起弧15毫米也不要切，收弧15毫米你也不要切，但是有了交流以后，發(fā)現(xiàn)起弧5毫米它也有熔深。焊接中用交流方式破開熔池，當(dāng)破開的時(shí)候就可以快速焊接，起到的效果是焊接熔深大，不需要太大熱輸入，焊接速度更快，而且沒有背透。

如果說沒有AC很容易產(chǎn)生背透裂紋，我們用交流的時(shí)候背焊接透少了，也就是熔深小了，但是焊接熔深是穩(wěn)定的。以往我們的AC技術(shù)用在哪里呢？用在不銹鋼焊接里面，其實(shí)鋁AC焊接工法是從那個(gè)理論上面演化出來，用這種方案很多的好處。當(dāng)然我們在這里還有其他的應(yīng)用，因?yàn)檫@里面其他的應(yīng)用很廣，今天只是講了一個(gè)很窄的話題，就是我們?yōu)榱私鉀Q某一個(gè)特定環(huán)節(jié)的時(shí)候想到這樣一個(gè)工法。當(dāng)然針對焊接部分要求有熔深的時(shí)候，可以使用該工法，完全可以做到整個(gè)焊道都有熔深。

7、1.6mm焊絲高效焊接應(yīng)用。我們跟工程師為這個(gè)課題大概吵了一年，我堅(jiān)持要做1.6mm，工程師堅(jiān)持用1.2mm，因?yàn)?.2mm焊接很成熟，1.6mm業(yè)界都不用。今天我們說用1.6mm焊絲焊絲，我們做出來的效果很明顯，焊接1.6mm的時(shí)候產(chǎn)品的變形會(huì)特別小，比焊1.2mm的時(shí)候會(huì)減少2/3。1.2mm焊的時(shí)候板就拱起來了，1.6mm焊起來就平平的?，F(xiàn)在它的焊接速度會(huì)提升50%，剛才說快速焊的時(shí)候可以減少氣孔，也該工藝也暗合了這樣一個(gè)效果，氣孔更少。更重要的是熔深更優(yōu)異，在這里面可以看到1.2mm焊絲焊接電流基本上在180-250是比較穩(wěn)定的，但是如果我們1.6mm的時(shí)候焊到350還是很穩(wěn)定，我們用都是高端的設(shè)備，所以焊絲控制起來還是非常優(yōu)異的。

下面這張圖是焊鑄件，那個(gè)焊接表面非常亮，而且沒有氣孔。人家問我說，你焊這么一個(gè)焊道到底需要多長時(shí)間？我說大概兩秒鐘就好了。結(jié)果那個(gè)老師批評我們，你們焊鋁合金這么可以這么快呢。我說，我也不知道，反正兩秒就好了。

這里看到熔深不太好的部分，指狀熔深，但對強(qiáng)度有不好的狀態(tài)。這里指狀熔深過大，導(dǎo)致燃燒會(huì)不充分，煙塵也比較大，所以我們在做煙塵這部分的課題，就是要去修正脈沖形狀的過程，我們把脈沖的寬度比例修正掉了，讓燃弧的過程變得穩(wěn)定一些。穩(wěn)定燃弧部分我們單獨(dú)做了一個(gè)曲線庫。

我們可以看到兩個(gè)不同的焊接曲線出來的，一個(gè)它有電弧矮電弧的特性。電弧一般都做柔和一點(diǎn)。第二種方案，如果我們用標(biāo)準(zhǔn)脈沖的時(shí)候，我們希望是又高又瘦的，相對于焊接的聲音會(huì)比較尖，它的脈沖值會(huì)加大。所以在1.6mm焊接我們也是沒有煙塵可以的。我們看到這兩個(gè)不同的指狀，左邊是1.2mm，右邊是1.6mm，其實(shí)熔深不太大，但是氣孔會(huì)變得少一些。

最后看煙塵，焊接鋁合金最大的問題就是煙塵，我們盡量讓脈沖數(shù)量減少，然后讓溢出來的飛濺少，最后讓鎂元素盡量的減少，這里我們做到比較柔和的曲線，整個(gè)焊接過程就是電弧壓縮在焊接保護(hù)氣體范圍里面，這樣可以看到焊接過程比較亮，而且焊接過程也是比較穩(wěn)定的。

以上是我們在這方面的一些前瞻性研究，謝謝大家。

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